【ch02】數(shù)字邏輯電路及模數(shù)混合電路仿真

數(shù)字邏輯電路及模數(shù)混合電路仿真“電子設(shè)計(jì)系列規(guī)劃教材電子線路CAD仿真與綜合設(shè)計(jì)(第2版)第二章01數(shù)字電路激勵(lì)源為了與實(shí)際電路狀態(tài)更加吻合，PSpice將數(shù)字電路中各節(jié)點(diǎn)的邏輯狀態(tài)分成了6種。其數(shù)字型節(jié)點(diǎn)的邏輯狀態(tài)如表2-1所示。數(shù)字電路激勵(lì)源數(shù)字電路的仿真分析離不開數(shù)字信號源的驅(qū)動(dòng)，OrCAD提供了4類共17種數(shù)字信號源。其中，DigClock、FileStimn、STIMn被放置在庫文件source.olb內(nèi)，DigStimn被放置在庫文件sourcstm.olb內(nèi)，4類數(shù)字信號源對比如表2-2所示。數(shù)字電路激勵(lì)源02數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源DigClockDigClock是數(shù)字電路仿真過程中最常用的激勵(lì)源，按照類似設(shè)置占空比的方式來產(chǎn)生周期變化的脈沖信號。激勵(lì)源DigClock如圖2-1所示。數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源DigClock數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn激勵(lì)源FileStimn的輸出波形由后綴名為.STL的波形描述文件確定。在描述波形變化的數(shù)據(jù)量比較大或數(shù)據(jù)是另一個(gè)軟件輸出結(jié)果的情況下，采用波形描述文件設(shè)置激勵(lì)源是一種比較好的選擇方案。1.波形描述文件的格式波形描述文件大致分成兩部分：文件頭和描述表。文件頭包含時(shí)間倍乘因子的定義和信號名稱列表。描述表包含時(shí)間值和信號邏輯編碼，非總線分支信號的邏輯編碼須使用空格隔開。(1)文件頭及描述表其一般格式為數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn②信號名列表：●二進(jìn)制數(shù)描述的信號可直接列出信號名。信號名之間使用空格或“,”間隔開。●文件頭中最多可設(shè)置255個(gè)信號名，可以多行表示，每行結(jié)尾不需要用“,”表示結(jié)束。③信號名組：●八進(jìn)制數(shù)表示的由3個(gè)信號組成的信號組的關(guān)鍵詞為OCT。十六進(jìn)制數(shù)表示的由4個(gè)信號組成的信號組的關(guān)鍵詞為HEX。信號組使用圓括號括起來。信號組內(nèi)信號的高低位從左向右依次降低。④波形描述：●文件頭與描述表之間至少空一行?！駮r(shí)間值與信號邏輯編碼之間使用空格隔開，每行的信號邏輯編碼之間可以不使用空格間隔。⑤時(shí)間值設(shè)置：3種形式，單位為s?！窠^對時(shí)間模式(如10ns、1e-8等)。●相對時(shí)間模式(如+10ns、+1e-8等)。●TIMESCALE設(shè)置模式，設(shè)置值乘以時(shí)間值(TIMESCALE=10ns,4004E1,實(shí)際時(shí)間為10ns×4=40ns)?！駮r(shí)間值的后一行必須大于前一行，即依次遞增。數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn2.FileStimn使用方法波形描述文件設(shè)計(jì)完成后，可以在原理圖編輯窗口下調(diào)用該文件完成電路仿真。原理圖編輯窗口下執(zhí)行命令File→New→TextFile建立波形描述文件，后綴為.stl。下面以FileStim4為例介紹激勵(lì)源FileStimn的使用和仿真過程。波形描述文件如圖2-5所示，編輯完成保存時(shí)注意添加文件的后綴。打開原理圖編輯窗口，雙擊FileStim4元件的“FILENAME=”屬性，在Value欄添加編輯好的波形描述文件的名稱?！癝IGNAME=”屬性在使用2位、4位、8位、16位、32位總線時(shí)可以空置，不進(jìn)行編輯。特別的，在使用FileStim1時(shí)，“SIGNAME=”屬性中應(yīng)輸入相應(yīng)的信號名。數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn根據(jù)要求放置總線、總線分支線和網(wǎng)絡(luò)名?？偩€命名為A[3:0]或A[3..0],總線分支線分別命名為A3、A2、A1、A0,電路原理圖如圖2-6所示。選擇PSpice→NewSimulationProfile命令，如圖2-7所示，選擇Stimulus選項(xiàng)卡，單擊Browse按鈕查找編輯好的波形描述文件，找到文件后單擊AddtoDesign按鈕，文件就被添加到了工程中。選擇Analysis選項(xiàng)卡，設(shè)置仿真類型為瞬態(tài)掃描，配置好仿真選項(xiàng)及仿真起止時(shí)間等參數(shù)后，單擊運(yùn)行按鈕可得到仿真結(jié)果。數(shù)字電路邏輯模擬分析數(shù)字激勵(lì)源FileStimn數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源STIMn激勵(lì)源STIMn主要用于產(chǎn)生總線信號，雙擊元件圖標(biāo)，調(diào)出屬性修改對話框，如圖2-8所示。從眾多的屬性可以看出，該激勵(lì)源的設(shè)置過程相對比較復(fù)雜。數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源STIMn激勵(lì)源STIMn的屬性參數(shù)COMMAND1、COMMAND2、…、COMMAND16對應(yīng)波形描述語句。給定參數(shù)時(shí)按照參數(shù)COMMANDn中n先小后大的順序依次設(shè)置。FORMAT:表示總線信號邏輯編碼采用的進(jìn)制，1表示二進(jìn)制，2表示八進(jìn)制，4表示十六進(jìn)制。也可使用混合進(jìn)制編碼方式，如4位總線的激勵(lì)源STIM4中的前3位使用八進(jìn)制，后一位使用二進(jìn)制，可設(shè)置FORMAT為“21”。TIMESTEP:與FileStimn中的TIMESCALE=<時(shí)間倍乘因子>類似，在使用相對時(shí)間時(shí)可使用符號“c”。WIDTH:指定信號位數(shù)。數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源DigStimn激勵(lì)源DigStimn的突出特點(diǎn)是可在StimulusEditor編輯界面中直觀地編輯激勵(lì)源的邏輯編碼，可產(chǎn)生1位、2位、4位、8位、16位、32位總線的激勵(lì)信號。數(shù)字電路邏輯模擬分析01020304(1)創(chuàng)建激勵(lì)源DigStimn信號。(3)改變當(dāng)前狀態(tài)值。(4)重復(fù)步驟(2)、(3),完成整根時(shí)間軸上總線信號的設(shè)置。(2)編輯總線編碼。激勵(lì)源DigStimn-設(shè)置步驟數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源DigStimn-編碼修改當(dāng)光標(biāo)在“箭頭”樣式下(其他樣式下按Esc鍵退出)時(shí)，選中總線信號編碼的“變化邊沿”,在變化點(diǎn)處出現(xiàn)紅色標(biāo)記“～”,如圖2-14所示。選擇Edit→Attributes命令或單擊快捷工具欄中的按鈕或雙擊總線編碼，彈出EditDigitalTransition對話框，改變標(biāo)記點(diǎn)右側(cè)的狀態(tài)編碼。在EditDigitalTransition對話框中，TransitionType的三個(gè)選項(xiàng)SetValue、Increment和Decrement分別表示設(shè)定總線編碼為編輯框Value中的值、相對前一編碼增大編輯框Value中的值和相對前一編碼減小編輯框Value中的值。使用Increment或Decrement選項(xiàng)時(shí)，編輯框Value中的值必須為整數(shù)。數(shù)字電路邏輯模擬分析激勵(lì)源DigStimn-編碼修改數(shù)字型節(jié)點(diǎn)的數(shù)字邏輯狀態(tài)如表2-1所示，仿真結(jié)果顯示的數(shù)字電路節(jié)點(diǎn)邏輯狀態(tài)如圖2-16所示。數(shù)字電路的仿真結(jié)果中各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)與信號的驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度和各信號的疊加狀態(tài)密切相關(guān)。數(shù)字邏輯狀態(tài)與強(qiáng)度數(shù)字電路邏輯模擬分析傳輸延時(shí)實(shí)際的門電路及各種功能的集成電路的輸入信號、輸出信號之間都存在著傳輸延遲現(xiàn)象，為了在數(shù)字電路的模擬仿真中準(zhǔn)確地表現(xiàn)這一電路特性，PSpice的數(shù)字電子元器件庫中設(shè)置了傳輸延遲參數(shù)。以7400的傳輸延時(shí)模型為例說明：.modelD_00ugate(+

tplhty=11nstplhmx=22ns+tphlty=7nstphlmx=15ns+)數(shù)字電路邏輯模擬分析傳輸延時(shí)數(shù)字電路邏輯模擬分析傳輸延時(shí)運(yùn)行仿真時(shí)可根